Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

O aterramento elétrico cumpre uma função essencial em um sistema de distribuição de energia elétrica, devendo atender, dentre vários requisitos, aqueles estabelecidos quanto aos valores de tensão de passo e de toque. Entretanto, em locais onde o solo apresenta valores elevados de resistividade, surgem dificuldades que nem sempre são superadas no sentido de obedecer às exigências citadas nas normas técnicas e especificações. Dentro deste contexto, este trabalho tem por objetivo avaliar a utilização de condutores e hastes envolvidos em concreto em sistemas de aterramento, visando à redução dos valores de resistência de terra. Inicialmente é abordada uma configuração convencional de malha de aterramento adotada por uma concessionária de energia elétrica, sendo realizados estudos de modo a verificar a influência do espaçamento e da quantidade das hastes nos valores de resistência de terra. São também consideradas modificações nas dimensões da malha e a utilização de hastes profundas e, na seqüência, são analisados os resultados de outras configurações. De modo a verificar a efetividade do uso do concreto, foram realizadas várias simulações computacionais considerando o sistema de aterramento com a utilização de condutores e hastes envolvidos em concreto. Diversas situações foram investigadas, sendo possível concluir que o uso do concreto resulta em menores valores de resistência de terra em relação às malhas convencionais. Esse resultado, de certo modo, vem ao encontro das expectativas, porém deve ser ressaltada a contribuição do trabalho, a qual possibilita a análise, através de cálculos teóricos, do comportamento das malhas de aterramento com o uso do concreto. A literatura pesquisada apresenta poucos resultados teóricos, sendo encontradas algumas investigações nesse tema onde são consideradas somente medições realizadas no campo. / The electrical grounding plays an essential role in a system of electric power distribution, and must follow, among many requirements, those ones established as step voltage values and touch voltage values. However, in those places where the soil has high resistivity values, some difficulties arise and may not always be overcomed in order to follow the requirements set forth in technical standards and specifications. In this context, the aim of this study is to evaluate the use of electrical conductors and rods encased in concrete inside grounding systems, in order to reduce the ground resistance values. Initially it was observed a conventional configuration of grounding grid that is used by an electric utility, and studies were made in order to verify the influence of the number of rods and the distance between them in the values of grounding resistance. There are also been taken into consideration the changes in the grounding grid dimensions and the use of deep rods and, right after, the results of other configurations are analyzed. In order to verify the effectiveness of the use of concrete, several computer simulations were performed considering the grounding system that used conductors and rods encased in concrete. Several situations were investigated, and it was possible to conclude that the use of concrete results in lower values of ground resistance compared to conventional grounding grid. This result, in a certain way, matches with the expectations, but it should be emphasized the contribution of the study which enables, through theoretical calculations, the analysis of the grounding grid behavior with the use of concrete. The literature shows few theoretical results and presents only some researches on this issue in which ones only measurements made in the field are considered.

O aterramento elétrico cumpre uma função essencial em um sistema de distribuição de energia elétrica, devendo atender, dentre vários requisitos, aqueles estabelecidos quanto aos valores de tensão de passo e de toque. Entretanto, em locais onde o solo apresenta valores elevados de resistividade, surgem dificuldades que nem sempre são superadas no sentido de obedecer às exigências citadas nas normas técnicas e especificações. Dentro deste contexto, este trabalho tem por objetivo avaliar a utilização de condutores e hastes envolvidos em concreto em sistemas de aterramento, visando à redução dos valores de resistência de terra. Inicialmente é abordada uma configuração convencional de malha de aterramento adotada por uma concessionária de energia elétrica, sendo realizados estudos de modo a verificar a influência do espaçamento e da quantidade das hastes nos valores de resistência de terra. São também consideradas modificações nas dimensões da malha e a utilização de hastes profundas e, na seqüência, são analisados os resultados de outras configurações. De modo a verificar a efetividade do uso do concreto, foram realizadas várias simulações computacionais considerando o sistema de aterramento com a utilização de condutores e hastes envolvidos em concreto. Diversas situações foram investigadas, sendo possível concluir que o uso do concreto resulta em menores valores de resistência de terra em relação às malhas convencionais. Esse resultado, de certo modo, vem ao encontro das expectativas, porém deve ser ressaltada a contribuição do trabalho, a qual possibilita a análise, através de cálculos teóricos, do comportamento das malhas de aterramento com o uso do concreto. A literatura pesquisada apresenta poucos resultados teóricos, sendo encontradas algumas investigações nesse tema onde são consideradas somente medições realizadas no campo. / The electrical grounding plays an essential role in a system of electric power distribution, and must follow, among many requirements, those ones established as step voltage values and touch voltage values. However, in those places where the soil has high resistivity values, some difficulties arise and may not always be overcomed in order to follow the requirements set forth in technical standards and specifications. In this context, the aim of this study is to evaluate the use of electrical conductors and rods encased in concrete inside grounding systems, in order to reduce the ground resistance values. Initially it was observed a conventional configuration of grounding grid that is used by an electric utility, and studies were made in order to verify the influence of the number of rods and the distance between them in the values of grounding resistance. There are also been taken into consideration the changes in the grounding grid dimensions and the use of deep rods and, right after, the results of other configurations are analyzed. In order to verify the effectiveness of the use of concrete, several computer simulations were performed considering the grounding system that used conductors and rods encased in concrete. Several situations were investigated, and it was possible to conclude that the use of concrete results in lower values of ground resistance compared to conventional grounding grid. This result, in a certain way, matches with the expectations, but it should be emphasized the contribution of the study which enables, through theoretical calculations, the analysis of the grounding grid behavior with the use of concrete. The literature shows few theoretical results and presents only some researches on this issue in which ones only measurements made in the field are considered.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-12-27T10:56:51Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Moreira Viana - 2016.pdf: 6105282 bytes, checksum: 6822f2ad13c8ed286d41535c02c26b87 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-12-27T10:57:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Moreira Viana - 2016.pdf: 6105282 bytes, checksum: 6822f2ad13c8ed286d41535c02c26b87 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-27T10:57:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Fernando Moreira Viana - 2016.pdf: 6105282 bytes, checksum: 6822f2ad13c8ed286d41535c02c26b87 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-11-29 / This work proposes a methodology for interpretation of soil resistivity measurements obtained using the arrangement of four electrodesWenner, Schlumberger and Schlumberger-Palmer. Displays can be compared apparent resistivity curves when the quantity used in the abscissa is the effective depth of investigation. This magnitude that depends on the geometry of the electrodes, namely the positioning of both current electrodes and the potential electrodes. The work also features in an innovative way, an algorithm for soil stratification from resistivity measurements obtained with the Schlumberger arrangement. The same is based on the method of complex images and propose a finite number of complex exponentials to represent the kernel function. Several simulations are performed, proving the efficiency and effectiveness of the proposed algorithm. / Este trabalho propõe uma metodologia para interpretação de medições de resistividade do solo obtidas utilizando os arranjos de quatro eletrodos de Wenner, Schlumberger e Schlumberger-Palmer. Mostra ser possível comparar curvas de resistividade aparente quando a grandeza utilizada no eixo das abscissas é a profundidade efetiva de investigação. Grandeza esta que depende da geometria dos eletrodos, ou seja, do posicionamento tanto dos eletrodos de corrente como dos eletrodos de potencial. O trabalho apresenta também, de forma inovadora, um algoritmo para estratificação do solo a partir de medições de resistividade obtidas com o arranjo de Schlumberger. O mesmo baseia-se no método das imagens complexas e na proposição de uma série finita de exponenciais complexas para representar a função kernel. Simulações diversas são realizadas, comprovando a eficiência e a eficácia do algoritmo proposto.

Orientador: Sérgio Kurokawa / Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de representação de sistemas de aterramento elétrico diretamente no domínio do tempo, tendo como vantagem os benefícios da modelagem realizada no domínio da frequência, com os resultados fornecidos diretamente no domínio do tempo, sem passar por transformadas inversas (Laplace ou Fourier). Os modelos no domínio do tempo são facilmente inseridos nos softwares convencionais de análise transitória, onde as tensões e correntes são melhor compreendidas. A maior contribuição deste trabalho está no desenvolvimento de uma técnica capaz de representar o aterramento com elementos discretos e positivos de circuitos (resistores-R, capacitores-C e indutores-L). Assim, o circuito equivalente representativo do aterramento será sempre um circuito possível de ser implementado fisicamente. Nesta proposta o aterramento é inicialmente modelado no domínio da frequência, sua impedância harmônica é obtida e representada por meio de elementos discretos de circuitos (RLC) associados em série e/ou paralelo. Aterramentos constituídos por um eletrodo horizontal ou uma haste vertical foram representados por meio de aproximação usando o método dos mínimos quadrados (vector fitting), que permite obter a função racional equivalente à admitância do aterramento, a partir da qual são extraídos os ramos de circuitos e consequentemente o circuito equivalente. Apesar de ser possível representar uma infinidade de aterramentos, dependendo do comprimento e diâmetro do eletrodo/ha... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by CLAUDINER MENDES DE SEIXAS null (claudiner2010@gmail.com) on 2017-10-21T02:06:24Z No. of bitstreams: 1 Tese_Claudiner_seixas_ac_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-10-26T14:27:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 seixas_cm_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-26T14:27:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 seixas_cm_dr_ilha.pdf: 3441885 bytes, checksum: 9e1f3e2ff82a0a8220457c535d4cea55 (MD5) Previous issue date: 2017-08-25 / Este trabalho apresenta uma proposta de representação de sistemas de aterramento elétrico diretamente no domínio do tempo, tendo como vantagem os benefícios da modelagem realizada no domínio da frequência, com os resultados fornecidos diretamente no domínio do tempo, sem passar por transformadas inversas (Laplace ou Fourier). Os modelos no domínio do tempo são facilmente inseridos nos softwares convencionais de análise transitória, onde as tensões e correntes são melhor compreendidas. A maior contribuição deste trabalho está no desenvolvimento de uma técnica capaz de representar o aterramento com elementos discretos e positivos de circuitos (resistores-R, capacitores-C e indutores-L). Assim, o circuito equivalente representativo do aterramento será sempre um circuito possível de ser implementado fisicamente. Nesta proposta o aterramento é inicialmente modelado no domínio da frequência, sua impedância harmônica é obtida e representada por meio de elementos discretos de circuitos (RLC) associados em série e/ou paralelo. Aterramentos constituídos por um eletrodo horizontal ou uma haste vertical foram representados por meio de aproximação usando o método dos mínimos quadrados (vector fitting), que permite obter a função racional equivalente à admitância do aterramento, a partir da qual são extraídos os ramos de circuitos e consequentemente o circuito equivalente. Apesar de ser possível representar uma infinidade de aterramentos, dependendo do comprimento e diâmetro do eletrodo/haste combinado com determinadas resistividade e permissividade elétricas do solo, esse método pode não garantir que todos os elementos RLC sejam positivos. Por isso foi desenvolvido uma nova técnica e testada em aplicações com configurações de aterramento mais complexas (malhas). Essa técnica fornece resultados precisos e garante que todos os elementos RLC serão positivos. Sua validação foi realizada comparando os resultados propostos com os resultados obtidos pelo modelo de linha de transmissão (no caso de eletrodo/haste) e pelo modelo eletromagnético híbrido HEM (no caso das malhas). Essa técnica permite o uso de qualquer modelo capaz de fornecer a impedância harmônica, podendo ser aplicada a configurações genéricas de aterramento, o que a torna muito versátil e atrativa. / This work presents a proposal to represent of electrical grounding systems directly in time domain, taking into account the benefits in frequency domain modelling, without employing inverse Laplace or Fourier transforms. The time domain models are easily inserted in conventional electromagnetic transient software, where voltages and currents are better understood. The main contribution of this work is the development of a technique that can represent grounding by discrete and positive circuits elements (R-resistors, C-capacitors and L-inductors). The representation of the grounding is an electric circuit, possible to be implemented physically. Grounding systems is initially modelled in the frequency domain, where its harmonic impedance is obtained and then represented by elements of circuit (RLC) made in series and/or parallel association. Grounding systems constituted by a horizontal electrode or a vertical rod were represented by means of an approximation using the method of the least squares (vector fitting). It reproduces the rational function equivalent to the admittance of the grounding, which branches of circuits are extracted, forming an equivalent circuit. Although it is possible to represent an infinity of groundings, depending on the length and diameter of the electrode / rod combined with certain electrical resistivity and permittivity of the soil, this technique may not guarantee that all RLC elements are positive. However, a new technique was developed and tested in more complex grounding systems (grids). This technique provides accurate results and ensures that all RLC elements will be positive. Its validation was performed comparing the proposed results with the results obtained by the TLM (Transmission Line Model) employed for the horizontal electrodes and vertical rods and by the HEM (Hybrid Electromagnetic Model) employed for grounding grids. This technique allows the use of any model capable of providing harmonic impedance, and can be applied to generic ground configurations, making it very attractive to electromagnetics transient analyses.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Julio Cesar Nascimento Sousa.pdf: 971697 bytes, checksum: b4ee5e79977202a1c5eba4528ed34766 (MD5) Previous issue date: 2006-09-22 / This work focuses on the modeling of single-phase and three-phase distribution with earth return, for high impedance faults analysis. The main motivation is the lack of definitive solutions for such faults. These faults often occur when an overhead conductor breaks and falls on high impedance surface such as asphalt road, cement, trees, among others. That fault is analyzed in a Single wire earth return system - SWER, and in a rural three-phase feeder. The SWER is deduced starting from a generic three-phase system, where simplifications based on practical assumptions are added. Simulations are accomplished in two distribution test systems, with the objective of identifying the behavior pattern of the high impedance faults. It is also included a discussion and analysis of results and suggestions related to future works. / Este trabalho focaliza a modelagem das redes de distribuição monofásicas e trifásicas com retorno por terra, para análise das faltas de alta impedância. A motivação principal está no fato de não existirem soluções definitivas para essas faltas. Este tipo de falta ocorre quando um cabo energizado rompe e cai sobre um tipo de superfície, tal como asfalto, areia, árvores, dentre outros. Essa falta é analisada em uma rede Monofásica com Retorno por Terra MRT em uma rede trifásica rural. A rede MRT é deduzida a partir de uma rede trifásica genérica, onde são adicionadas hipóteses simplificadoras práticas. São realizadas simulações em dois sistemas testes de distribuição, com o objetivo de identificar o padrão de comportamento das faltas de alta impedância. É realizada uma discussão e análise de resultados, sugerindo-se trabalhos futuros.